Filtr cząstek stałych GPF. Jak działa? I czemu jest montowany w silnikach benzynowych?

Współczesne samochody nie mogą emitować do otoczenia dużej dawki CO2 i sadzy. To jeden z głównych wymogów normy Euro 6. Naturalną odpowiedzią na taką sytuację stały się zatem filtry cząstek stałych także w silnikach benzynowych. Tak zaczyna się historia filtra GPF na rynku motoryzacyjnym.

Spis treści:

• Jak działa filtr cząstek stałych GPF?
• W jakich autach montowany jest GPF?
• Różnice między DPF a GPF
• Czy trzeba dbać o filtr GPF?
• Czy GPF w samochodach jest awaryjny?

Kolejne normy emisji spalin nakładane na producentów przez Unię Europejską nie mają żadnej litości. Wtrysk bezpośredni? To za mało. Downsizing? Nie wystarczy. Kontrola temperatury spalin? Trzeba czegoś więcej. Inżynierowie, starając się wyłapać większość szkodliwych związków opuszczających układ wydechowy pojazdu, opracowali nowy typ filtra cząstek stałych. I typem tym jest właśnie filtr GPF. Tak, to nieco pójście na skróty. Czy zatem pomysł jest trafiony?

Jak działa filtr cząstek stałych GPF?

Kierowcy często pytają: „Filtr GPF, co to jest?” Gasoline particulate filter, spełnia dokładnie tę samą funkcję, co filtr DPF w silnikach diesla. Identycznie zatem także wygląda. To nic innego jak metalowa puszka, która została zamontowana w układzie wydechowym i posiada ceramiczny wkład. Zasada działania? Ponownie pojawia się analogia do DPF w dieslach. Spaliny przepływają przez wkład filtra, dzięki czemu porowata forma zatrzymuje sadzę. Ta jest wyłapywana do momentu, w którym dojdzie do wypełnienia osadnika. W takim przypadku komputer sterujący jednostką napędową przechodzi w tryb wypalania sadzy. Pod kątem funkcjonalności w silnikach benzynowych zamiast DPF stosuje się katalizator, który może ulegać zapychaniu.

• Skąd komputer wie, że doszło do wypełnienia GPF-a? Informują go o tym czujniki ciśnieniowe, które producent samochodu zamontował w układzie wydechowym. Filtr ma za zadanie wyłapywać cząsteczki stałe i wydaje się częścią typowo mechaniczną. Zastanawiając się jednak nad tym, co to jest GPF w samochodzie, kierowca powinien uświadomić sobie, że elektronika odgrywa w jego przypadku niezwykle ważną rolę.

W jakich autach montowany jest GPF?

Filtr GPF po raz pierwszy w seryjnie produkowanym samochodzie o napędzie benzynowym zastosował Mercedes. Mowa o modelu S500, który zadebiutował na rynku w roku 2014. Filtr cząstek stałych GPF, od kiedy jest standardem w autach? Tak naprawdę po roku 2018 wszystkie samochody napędzane silnikiem benzynowym z bezpośrednim wtryskiem paliwa muszą być wyposażone w GPF. Powód? Precyzyjnie dobrana dawka paliwa przez wtryskiwacz ogranicza emisję CO2. Potęguje jednak emisję cząstek stałych. Te producenci musieli zatem wyeliminować poprzez montaż osadnika. Takie są wymogi normy Euro 6.

• Tu ważna uwaga. Silniki z wtryskiem pośrednim nie muszą być wyposażane w filtr cząstek sadzy. Nie produkują zbyt dużo tego typu związków podczas spalania mieszanki paliwowo-powietrznej. Niestety jednostki typu MPI powoli stają się kolorytem i rzadkością na rynku motoryzacyjnym. Aktualnie ma je w ofercie zaledwie kilku producentów.

Różnice między DPF a GPF

Na pierwszy rzut oka filtr GPF i DPF wyglądają identycznie. Różnice rozbijają się głównie o trzy aspekty i wszystkie trzy dotyczą sposobu wypalania dużej ilości sadzy nagromadzonej w ceramicznym wkładzie.

1. Silnik benzynowy a diesel – oba silniki pracują w różnych warunkach. Benzyniak charakteryzuje się wyższą temperaturą spalin. W efekcie proces wypalania sadzy przebiega już podczas normalnej eksploatacji (także podczas jazdy zakorkowaną drogą do pracy czy domu) i dzieje się to automatycznie. W efekcie komputer pokładowy stosuje zdecydowanie rzadsze interwały regeneracji czy też wypalenia osadnika i to nawet w samochodach miejskich.
2. W przypadku DPF w dieslu podczas wypalania sadzy komputer podaje do komory spalania większą dawkę oleju napędowego. W efekcie rośnie temperatura spalania i dochodzi do samoczynnego wypalenia cząstek sadzy. Natomiast stosowanie biopaliwa skutkuje podczas jego spalania powstaniem większej ilości sadzy, co szybciej zapycha filtr. GPF wypala cząstki stałe poprzez ograniczenie dawki benzyny. Podanie mniejszej dawki paliwa zubaża mieszankę i prowadzi do wytworzenia wyższej temperatury w układzie wydechowym.
3. Specyfika wypalania filtra sprawia, że w samochodach benzynowych układ jest wolny od zasadniczej wady znanej z silnika wysokoprężnego. W dieslu częsty problem dotyczy sytuacji, w której komputer chce usunąć sadzę np. podczas jazdy w korku. Choć wtryskiwacze podają większą ilość paliwa, kierowca nie ma możliwości wprowadzenia silnika na wyższe obroty. W efekcie nadmiar oleju napędowego nie zostanie spalony, a zmiesza się z olejem i trafi do układu smarowania. Taka sytuacja może doprowadzić do rozbiegania się lub zatarcia silnika.

Czy trzeba dbać o filtr GPF?

Sposób przebiegu procesu wypalania sadzy sprawia, że kierowca nie musi stosować się do żadnych zasad eksploatacji filtra cząstek stałych w jednostce benzynowej. Już sam proces spalania współczesnych silników benzynowych jest idealnie dostosowany do wymogów pracy GPF. Co więcej, osadnik tego typu nie oznacza konieczności stosowania żadnych płynów dopalających (np. Eolys w FAP). Skutkiem takiej sytuacji jest to, że kierowcy często nawet nie wiedzą, czy filtr występuje w samochodach przez nich eksploatowanych. Jest tak bezobsługowy.

• Wniosek może być tylko jeden. Serwisowanie pojazdu wyposażonego w filtr GPF w niczym nie różni się od serwisowania auta, które takiego osadnika nie posiada. 

Czy GPF w samochodach jest awaryjny?

Filtr szkodliwych cząstek stałych w silnikach benzynowych nie brzmi zachęcająco dla kierowców. To prawda. Złe skojarzenia biorą się jednak przede wszystkim z eksploatacji systemów DPF i FAP. Te nie przepadały za jazdą głównie miejską, a do tego często ulegały awarii. Usterki z kolei wiązały się z wysokimi cenami napraw. Zasada działania filtra cząstek stałych w silnikach benzynowych sprawia jednak, że poziom ich bezproblemowości może być zdecydowanie wyższy. Jak na razie brakuje doniesień mówiących o problemach z działaniem filtra GPF. Choć może i pojawiły się takie. Dotyczyły jednak wady fabrycznej w koreańskich samochodach.

• Warto wiedzieć o tym, że potencjalna awaria GPF objawiłaby się w dokładnie ten sam sposób, co awaria diesel particulate filter. Mowa zatem o pojawieniu się kontrolki check engine na tablicy zegarów lub kontroli dedykowanej filtrowi oraz ograniczeniu ciśnienia wtrysku paliwa, a więc wyraźnym spadku osiągów. Zakłócenia w pracy silnika sprawią, że ten przejdzie w tzw. tryb serwisowy.
• Scenariusz awarii GPF-a tak naprawdę może być jeden. W wyniku uszkodzenia jednego z wtryskiwaczy paliwowych wzrośnie ilość sadzy emitowanej przez silnik. Stanie się tak w wyniku powstania zbyt bogatej mieszanki. Z czasem „przeciążony” osadnik może się stać po prostu mało wydajny. Mówimy jednak o problemie czysto teoretycznym. I nawet gdyby pojawił się w aucie, nie zawsze pozostaje wyłącznie droga wymiana. Możliwa jest bowiem także regeneracja filtrów cząstek stałych w jednostkach benzynowych.